电子技术课程设计.docx
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电子技术课程设计
1、设计题目
温度控制器的设计
二、设计任务与要求
设计任务和要求
在工农业生产或科学研究中，经常需要对某一系统的温度进行测量，并能自动地控制、调节该系统的温度。
下面设计并制作对某一系统的温度进行测量与控制的电路。
电路要求为：
①被测温度和控制温度均可数字显示。
②测量温度范围为
~
，精度为
。
③控制温度连续可调，精度为
。
④温度超过额定值时，产生声、光报警信号。
2、题目分析和内容摘要
题目分析：
温度（temperature）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。
准确测量和控制温度，在科学实验中十分重要。
本次设计主要运用基本的模拟电子技术和数字电子技术的知识，同时综合温度传感器的相关应用，实现温度测量与控制电路的设计。
内容摘要：
随着数字化时代的到来，用传统的水银或酒精温度计来测量温度，不仅测量时间长，计数不方便，而且功能单一，已经不能满足人们的要求。
于是提出测量电路传感器监测外界温度的变化，利用A/D转换实现模拟信号与数字信号的转化，根据模拟电路部分电路原理计算得出最后输出电压与温度值的关系，并通过数码管显示当前值，使其与温度数值上相等，从而实现温度的测量。
3、整体构思和方案选择
方案选择：
方案一：
如图1所示，温度传感器模块将温度线性地转变为电压信号，经过放大电路，一路输入给A/D转换器，经过译码进行数字显示另一路与滑变分压电路相连，由此设定控制温度上下限，经过电压比较器，输出高低电平指示信号，由此控制温度控制执行模块和声光报警部分。
此电路最基本的特点就是电路结构简单，实现比较容易。
方法二：
如图2所示，温度传感器用来测量被测体的实时温度并转换成电压信号，该电压信号经过滤波放大电路，成为有用信号分两路进入后续电路：
一路进入A/D转换电路将其转换成数字信号显示；电压信号的另一路进入电压比较器，与输入控制温度电压信号进行比较，比较结果信号将驱动温度控制装置工作，对被测体的温度进行实时控制，电压比较器的比较结果将决定是否发出声光报警。
此方案是将测量温度与输入控制温度转换成电压信号进行比较，从而实现了温度的控制。
图1
图2
综合两个方案的的比较，我觉得第二个方案比较可行。
整体构思：
总体设计框图如下图3所示，从温度的采集到与设定温度的比较，再到控制过程都是模拟信号，在显示电路中，将模拟信号转换成数字信号显示。
主要由以下几个模块构成：
温度传感器、A/D转换器、电压比较器、控制电路（温控电路）、声光报警器、转码电路、显示电路、加热电路。
图3
五、具体实现和各部分定性说明及定量计算
各模块设计：
1.温度传感器：
a）铂测温金属：
金属具有随着温度的升高电阻值增大的特性，电阻率与温度的具体关系为：
ρ=ρ0（1+αt），其中ρ0为零度时导体的电阻率，α为导体的温度系数。
利用金属的这一特性，我们可以通过监测金属电阻的变化实现温度测量。
制作测温电阻的材料除了铂以外还可以是铜活镍等，而铂的纯度大于99.999%，是最佳的测温材料。
b）测温基本电路:
电路的输出:
Eout=R1ΔRVIN/（R1+R0+ΔR）（R1+R0）
由于分母中有ΔR项的存在，在恒定条件下工作除了传感器的非线性误差外，还有恒压电路产生的误差，使得误差变得更大。
为此在恒压下工作必须要有线性校正电路。
2、A/D转换器
利用集成芯片AD574，再结合两片74LS283（4位二进制超前进位全加器）构成。
该方案工作原理是先将模拟量转换成9位二进制数，再将最低一位和前八位相加这样就可以将测量精度提高到±0.5℃.
3、电压比较器
LM324是运放集成电路，电路模型如图4所示。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
图4
4、控制电路
由于通过温度传感器测得温度后，将温度值转化为电压值，因此，利用电压值之间的大小关系就可以控制温度的大小。
我们调节温度是将其转化为电压的形式，通过改变电压值来实现控制温度与被测温度的比较。
所以，利用刚才介绍的LM324电压比较器来完成控制电路的核心控制，由于比较器最小输入电压差为40mV，而温度测量中输出电压精度在5mV，因此需要加大电阻以提高电压值，以实现两个电压的正常比较。
控制电路图如下：
图5
5、声光报警器
主要构成器件为555定时器集成芯片。
它组成的多谐振荡器再加上发光器件和扬声器，就构成了此声光报警器，当前置电路产生的逻辑信号为高电平时，则该声光报警装置工作，发出声光报警。
该设计的发声频率为：
f=1.44/[（R1+2R2）C1]≈10KHZ
所以，发声持续时间：
T=1/f≈1×10-4s。
如图6所示
图6
6、转码电路
当电压信号经过A/D转换器转换后变成了8位二进制的数字信号而后续电路需要的是8421BCD码，所以需要进行码制转换。
我们选用集成芯片74185来实现这个功能。
7、显示电路
为控制温度的显示电路。
这里采用的是七输入数码管，即七段显示数码管，这种数码管有共阴极和共阳极之分。
应用此种数码管时，必须前置译码电路，即7448N七段数码显示译码器。
总电路图：
元件清单表：
序号
元器件型号名称
功能
数量
1
AD548CH
运算放大器
1
2
AD648CH
运算放大器
1
3
AD574
12位A/D转换器
1
4
74LS283D
4位二进制超前进位全加器
2
5
74185
二进制~8421BCD转换器
3
6
LM324D
差动输入四运算放大器
4
7
74LS32D
两输入或非门
1
8
02BZ2.2
稳压管
1
9
SONALERT
蜂鸣器
1
10
555
定时器
1
11
7448N
七段数码显示译码器
3
12
7输入数码管
7输入数码管
3
13
2N5444
可控硅
2
14
1N1202C
整流器
1
15
VCC/VEE
直流电压源
若干
6、设计收获、体会和建议
通过一周的课程设计，我对数字电路有了更进一步的了解，也对此产生了浓厚的兴趣。
刚开始我不太明白电路时如何连接的，并且对其原理也只是略知一二，但通过翻阅大量的资料以及同学的互相沟通，最终使我克服了设计中遇到的困难，虽说不能说是很成功，但是感觉还行。
在这次课程设计中我们不仅了解了关于电子技术的知识，更重要的是我懂得了如何在犹豫时鉴定自己的信念，如何在困惑中冷静的思考，如何在痛苦中放松紧张的情绪，如何在绝望中寻找重生的机会！
虽然过程曲折，但是从开始时满腹激情到最后，汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味和成长。
有付出就会有收获，我相信在以后的日子只要凡事都坚持不懈一定会成功。
同时要给老师一些小小的建议：
可以尽量提前一点点布置，不是说非要很多时间来完成，而是和多媒体课程设计都在同一周，如果能够错开时间更好了。
7、参考文献
1、《电子技术实验》郝国法粱柏华编著冶金工业出版社2007年4月第1版
2、《电子技术基础（模拟部分）第五版》康华光主编高等教育出版社2006年1月第5版
3、谢自美.电子线路设计·实验·测试.华中科技大学出版社.2006.8
4、陆坤等.电子技术设计.电子工业出版社.2001.5
5、《数字电路课程设计及实验》李维主编大连理工大学出版社2008年第1版
6、《电子技术实验与实践》李素梅郭荣生编著中国石油大学出版社2007年10月第1版
7、XX文库《数字电子技术课程》、《温度与控制原理》
电子技术课程设计
题目名称：
温度控制器的设计
班级：
自动化2012级1班
学号：
2012041340008
姓名：
谭诗佳
指导教师：
宋玉阶
日期：
2014.6.17
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